Еще раз о декарбонизации воды и декарбонизаторах

Еще раз о декарбонизации воды и декарбонизаторах
C.O.K. N 7 | 2005г. Рубрика: САНТЕХНИКА И ВОДОСНАБЖЕНИЕ
В.С. ГАЛУСТОВ, д.т.н., профессор
http://c-ok.ru/showtext/?id=1075&from=headings&params=id=3%26name=%D1%C0%CD%D2%C5%D5%CD%C8%CA%C0%20%C8%20%C2%CE%C4%CE%D1%
CD%C0%C1%C6%C5%CD%C8%C5
В одной из статей [1] серии «Тепломассообменные процессы и аппараты с непосредственным контактом фаз в теплоэнергетике» были
достаточно подробно рассмотрены процессы удаления из воды сверхравновесного содержания диоксида углерода и приведена оценка
известных аппаратов для их реализации. К написанию настоящей статьи нас побудил тот факт, что в последнее время в рекламных
материалах и публикациях по новым термическим деаэраторам (особенно струйного типа), часто отмечается их способность удалять
наряду с кислородом и двуокись углерода СО2 фактически до нулевого уровня. Например, в статье Н. Егорова [2] приведена
информация, что в вакуум-атмосферном деаэраторе известной российской марки «углекислота полностью удаляется при нагреве воды
до отметки 65°С» без каких-либо дальнейших пояснений.
Отсутствие необходимых пояснений нередко вводит в заблуждение проектировщиков и специалистов по комплектации. Создается иллюзия, что
деаэраторы «нового» типа способны одновременно выполнять и функции декарбонизатора. Напомним, что любые деаэраторы, независимо от
конструктивного решения, (термические десорберы) предназначены для удаления из воды О2 и СО2 от равновесной (для соответствующей
температуры) до некоторой заданной концентрации. Для СО2 этот параметр обычно равен нулю (т.н. следовый уровень). Кроме того, для деаэрации
воду необходимо нагреть до температуры насыщения и создать атмосферу (водяной пар, называемый выпаром), в которую перейдут выделившиеся из
воды газы и вместе с которой они будут удалены из аппарата. Источник образования выпара при этом не имеет значения, это может быть пар от
внешнего источника, подаваемый с учетом стехиометрии нагрева до температуры насыщения и с избытком, учитывающим выпар, или пары
вскипания деаэрируемой либо дополнительно подаваемой горячей воды, перегретой выше температуры насыщения настолько, чтобы количество
выпара было не ниже указанного. Равновесное содержание СО2 при 30°С — 0,57 мг/л, а кислорода — 1,6 мг/л. Минимально необходимый удельный
расход выпара при этом — 1,5–3 кг/т деаэрируемой воды (в последних рекомендациях порядка 30 кг/т). На стадии умягчения воды с использованием
Н-катионирования или подкисления в результате разложения солей жесткости в воду выделяется избыточное количество углекислоты, которое
обычно в сотни раз превышает равновесное (например, в одном из рассматриваемых случаев — 350 мг/л, что более чем в 600 раз превышает
равновесную концентрацию). Использование термического метода для удаления сверхравновесного содержания газа будет просто расточительством,
т.к. необходимый при этом расход выпара возрастает практически пропорционально росту начальной концентрации растворенных газов. Нетрудно
оценить, что по вакуумному варианту испарение даже всей деаэрируемой воды может оказаться недостаточным. Очевидно, что это абсурдно. Именно
по указанной причине декарбонизацию проводят без нагрева, как процесс физической десорбции в отдельном (до деаэратора) аппарате
(декарбонизаторе) за счет взаимодействия с воздухом, в который и переходит сверхравновесная углекислота, о чем мы подробно говорили в [1].
Остаточная углекислота (до 20 мг/л) удаляется вместе с кислородом в деаэраторе. В деаэраторах разряжение в приосевом газовом вихре (его
формирование подробно описано в теориях центробежных форсунок Абрамовича, Пажи и других [3–5]) составляет несколько миллиметров водяного
столба. Температуре же насыщения 65°С (упоминается автором [2]), соответствует разряжение 7,5 м (7500 мм), которое может быть создано только с
помощью специальной вакуумной схемы (с пароструйным или водоструйным эжектором или вакуумным насосом), которая на рисунке в статье Н.
Егорова показана, но в тексте не описана. Вместе с тем, создание и поддержание вакуума в аппарате требует значительных капитальных и, что
особенно неприятно, энергетических затрат. Подводя итог вышесказанному, хочу отметить, что использование деаэратора в качестве декарбонизатора
как с технической, так и с экономической стороны НЕ ОПРАВДАНО!
Литература
1. В.С. Галустов. Декарбонизация воды. Журнал «Энергия и менеджмент», №6/2003.
2. Н. Егоров. Вакуум-атмосферные деаэраторы. Журнал «Акватерм», №3/2004.
3. Г.Н. Абрамович. Теория центорбежных форсунок. В кн.: «Промышленная аэродинамика. М., БНТ ЦАГИ, 1944.
4. А.А. Бородин и др. Распыливание жидкостей. М., «Машиностроение», 1967.
5. Д.Г. Пажи, В.С. Галустов. Основы техники распыливания жидкостей. М., «Химия», 1984.